मानवता के इतिहास में सबसे भीषण युद्ध को समाप्त हुए दो महीने से थोड़ा अधिक समय बीत चुका है। और इसलिए, 16 जुलाई, 1945 को, पहले परमाणु बम का परीक्षण अमेरिकी सेना द्वारा किया गया था, और एक महीने बाद, जापानी शहरों के हजारों निवासी परमाणु नरक में मर जाते हैं। तब से, परमाणु हथियारों के साथ-साथ उन्हें लक्ष्य तक पहुंचाने के साधनों में आधी सदी से भी अधिक समय से लगातार सुधार किया गया है।
सेना अपने पास सुपर-शक्तिशाली गोला-बारूद दोनों रखना चाहती थी, जो पूरे शहरों और देशों को एक झटके से मिटा देता था, और अल्ट्रा-छोटे जो एक ब्रीफकेस में फिट होते थे। ऐसा उपकरण तोड़फोड़ युद्ध को अभूतपूर्व स्तर पर लाएगा। पहले और दूसरे दोनों के साथ दुर्गम कठिनाइयाँ थीं। इसका कारण तथाकथित महत्वपूर्ण द्रव्यमान है। हालाँकि, सबसे पहले चीज़ें।
ऐसा विस्फोटक कोर
यह समझने के लिए कि परमाणु उपकरण कैसे काम करते हैं और यह समझने के लिए कि क्रांतिक द्रव्यमान क्या कहलाता है, आइए थोड़ी देर के लिए डेस्क पर वापस जाएं। स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम से, हमें एक सरल नियम याद है: एक ही नाम के आरोप एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। वहीं हाई स्कूल में छात्रों को न्यूट्रॉन, न्यूट्रल पार्टिकल्स और परमाणु नाभिक की संरचना के बारे में बताया जाता है।सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन। लेकिन यह कैसे संभव है? धनावेशित कण एक दूसरे के इतने निकट होते हैं कि प्रतिकर्षण बल बहुत अधिक होने चाहिए।
विज्ञान प्रोटॉन को एक साथ रखने वाले इंट्रान्यूक्लियर बलों की प्रकृति से पूरी तरह अवगत नहीं है, हालांकि इन बलों के गुणों का काफी अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है। बल बहुत निकट सीमा पर ही कार्य करते हैं। लेकिन अंतरिक्ष में प्रोटॉन को अलग करने के लिए कम से कम थोड़ा सा मूल्य है, क्योंकि प्रतिकारक बल प्रबल होने लगते हैं, और नाभिक टुकड़ों में बिखर जाता है। और इस तरह के विस्तार की शक्ति वास्तव में बहुत बड़ी है। यह ज्ञात है कि एक वयस्क पुरुष की ताकत लेड परमाणु के सिर्फ एक एकल नाभिक के प्रोटॉन को धारण करने के लिए पर्याप्त नहीं होगी।
रदरफोर्ड किस बात से डरता था
आवर्त सारणी के अधिकांश तत्वों के कोर स्थिर हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे परमाणु क्रमांक बढ़ता है, यह स्थिरता कम होती जाती है। यह कोर के आकार के बारे में है। एक यूरेनियम परमाणु के नाभिक की कल्पना करें, जिसमें 238 न्यूक्लाइड होते हैं, जिनमें से 92 प्रोटॉन होते हैं। हां, प्रोटॉन एक-दूसरे के निकट संपर्क में हैं, और इंट्रान्यूक्लियर बल पूरी संरचना को सुरक्षित रूप से सीमेंट करते हैं। लेकिन नाभिक के विपरीत सिरों पर स्थित प्रोटॉनों का प्रतिकर्षण बल ध्यान देने योग्य हो जाता है।
रदरफोर्ड क्या कर रहा था? उन्होंने न्यूट्रॉन के साथ परमाणुओं पर बमबारी की (एक इलेक्ट्रॉन परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल से नहीं गुजरेगा, और एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया प्रोटॉन प्रतिकारक बलों के कारण नाभिक तक नहीं पहुंच पाएगा)। एक परमाणु के नाभिक में प्रवेश करने वाला न्यूट्रॉन इसके विखंडन का कारण बनता है। दो अलग-अलग हिस्सों और दो या तीन मुक्त न्यूट्रॉन अलग हो गए।
यह क्षय, उड़ने वाले कणों की अत्यधिक गति के कारण, अत्यधिक ऊर्जा की रिहाई के साथ था। एक अफवाह थी कि रदरफोर्ड मानवता के लिए इसके संभावित परिणामों से डरते हुए, अपनी खोज को छिपाना भी चाहते थे, लेकिन यह सबसे अधिक संभावना एक परी कथा से ज्यादा कुछ नहीं है।
तो द्रव्यमान का इससे क्या लेना-देना है और यह महत्वपूर्ण क्यों है
तो क्या? एक शक्तिशाली विस्फोट उत्पन्न करने के लिए प्रोटॉन की एक धारा के साथ पर्याप्त रेडियोधर्मी धातु को कैसे विकिरणित किया जा सकता है? और क्रिटिकल मास क्या है? यह उन कुछ मुक्त इलेक्ट्रॉनों के बारे में है जो "बमबारी" परमाणु नाभिक से बाहर निकलते हैं, वे बदले में, अन्य नाभिकों से टकराते हुए, उनके विखंडन का कारण बनेंगे। एक तथाकथित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हो जाएगी। हालांकि, इसे लॉन्च करना बेहद मुश्किल होगा।
पैमाने की जाँच करें। अगर हम एक सेब को अपनी मेज पर एक परमाणु के नाभिक के रूप में लेते हैं, तो एक पड़ोसी परमाणु के नाभिक की कल्पना करने के लिए, उसी सेब को ले जाना होगा और बगल के कमरे में भी नहीं, बल्कि मेज पर रखना होगा। अगले घर में। न्यूट्रॉन एक चेरी के बीज के आकार का होगा।
उत्सर्जित न्यूट्रॉन के लिए यूरेनियम पिंड के बाहर व्यर्थ नहीं उड़ें, और उनमें से 50% से अधिक परमाणु नाभिक के रूप में एक लक्ष्य पाएंगे, इस पिंड का उचित आकार होना चाहिए। इसे यूरेनियम का क्रांतिक द्रव्यमान कहते हैं - वह द्रव्यमान जिस पर आधे से अधिक उत्सर्जित न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों से टकराते हैं।
वास्तव में, यह एक पल में होता है। विभाजित नाभिकों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ती है, उनके टुकड़े की तुलना में गति के साथ सभी दिशाओं में भागते हैंप्रकाश की गति, खुली हवा, पानी, किसी भी अन्य माध्यम को तेज करना। पर्यावरण के अणुओं के साथ उनके टकराव से, विस्फोट का क्षेत्र तुरंत लाखों डिग्री तक गर्म हो जाता है, जिससे गर्मी विकीर्ण हो जाती है जो कई किलोमीटर के क्षेत्र में सब कुछ भस्म कर देती है।
अचानक गर्म हवा तुरंत आकार में फैल जाती है, एक शक्तिशाली शॉक वेव पैदा करती है जो इमारतों को नींव से उड़ा देती है, उलट देती है और अपने रास्ते में सब कुछ नष्ट कर देती है … यह एक परमाणु विस्फोट की तस्वीर है।
व्यवहार में यह कैसा दिखता है
परमाणु बम का उपकरण आश्चर्यजनक रूप से सरल है। यूरेनियम (या अन्य रेडियोधर्मी धातु) के दो सिल्लियां हैं, जिनमें से प्रत्येक क्रांतिक द्रव्यमान से थोड़ा कम है। एक सिल्लियां शंकु के रूप में बनाई जाती हैं, दूसरी शंकु के आकार की एक गेंद होती है। जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, जब दो हिस्सों को जोड़ दिया जाता है, तो एक गेंद प्राप्त होती है, जिसमें महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंच जाता है। यह एक मानक साधारण परमाणु बम है। दो हिस्सों को सामान्य टीएनटी चार्ज का उपयोग करके जोड़ा जाता है (शंकु को गेंद में गोली मार दी जाती है)।
लेकिन यह मत सोचो कि कोई "घुटने पर" इस तरह के उपकरण को इकट्ठा कर सकता है। चाल यह है कि बम विस्फोट के लिए यूरेनियम बहुत शुद्ध होना चाहिए, अशुद्धियों की उपस्थिति व्यावहारिक रूप से शून्य है।
परमाणु बम सिगरेट के एक पैकेट के आकार का क्यों नहीं होता
सभी एक ही कारण से। यूरेनियम 235 के सबसे सामान्य समस्थानिक का क्रांतिक द्रव्यमान लगभग 45 किग्रा है। इतनी मात्रा में परमाणु ईंधन का विस्फोट पहले से ही एक आपदा है। और कम में विस्फोटक उपकरण बनाने के लिएपदार्थ की मात्रा असंभव है - यह काम नहीं करेगा।
उसी कारण से, यूरेनियम या अन्य रेडियोधर्मी धातुओं से सुपर-शक्तिशाली परमाणु शुल्क बनाना संभव नहीं था। बम को बहुत शक्तिशाली बनाने के लिए, इसे एक दर्जन सिल्लियों से बनाया गया था, जो कि जब विस्फोट के आरोप लगाए गए थे, नारंगी स्लाइस की तरह जुड़ते हुए, केंद्र में पहुंचे।
लेकिन असल में हुआ क्या? यदि, किसी कारण से, दो तत्व दूसरों की तुलना में एक सेकंड के एक हजारवें हिस्से से पहले मिले, तो महत्वपूर्ण द्रव्यमान बाकी की तुलना में तेजी से "समय पर पहुंच जाएगा", विस्फोट उस शक्ति पर नहीं हुआ जिसकी डिजाइनरों को उम्मीद थी। सुपर-शक्तिशाली परमाणु हथियारों की समस्या थर्मोन्यूक्लियर हथियारों के आगमन के साथ ही हल हो गई थी। लेकिन यह थोड़ी अलग कहानी है।
एक शांतिपूर्ण परमाणु कैसे काम करता है
एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र अनिवार्य रूप से एक ही परमाणु बम है। केवल इस "बम" में एक दूसरे से कुछ दूरी पर स्थित यूरेनियम से बने ईंधन तत्व (ईंधन तत्व) होते हैं, जो उन्हें न्यूट्रॉन "स्ट्राइक" के आदान-प्रदान से नहीं रोकता है।
ईंधन तत्व छड़ के रूप में बने होते हैं, जिसके बीच में न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से अवशोषित करने वाली सामग्री से बनी नियंत्रण छड़ें होती हैं। ऑपरेशन का सिद्धांत सरल है:
- नियमन (अवशोषित) छड़ को यूरेनियम की छड़ों के बीच की जगह में डाला जाता है - प्रतिक्रिया धीमी हो जाती है या पूरी तरह से बंद हो जाती है;
- नियंत्रण छड़ें क्षेत्र से हटा दी जाती हैं - रेडियोधर्मी तत्व सक्रिय रूप से न्यूट्रॉन का आदान-प्रदान करते हैं, परमाणु प्रतिक्रिया अधिक तीव्रता से आगे बढ़ती है।
दरअसल, यह वही परमाणु बम निकला,जिसमें क्रांतिक द्रव्यमान इतनी आसानी से पहुंच जाता है और इतना स्पष्ट रूप से नियंत्रित होता है कि यह विस्फोट नहीं करता है, बल्कि शीतलक को गर्म करने के लिए होता है।
हालांकि, दुर्भाग्य से, जैसा कि अभ्यास से पता चलता है, मानव प्रतिभा हमेशा इस विशाल और विनाशकारी ऊर्जा - परमाणु नाभिक के क्षय की ऊर्जा को रोकने में सक्षम नहीं होती है।
